一種可分級(jí)利用水處理器設(shè)計(jì)

尹若軍 張孟凡 杜 旭 趙驍揚(yáng)

(河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南 洛陽 471003)

1 凈水方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用凈化反沖洗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水資源的分級(jí)利用，將市政用水通過不同級(jí)別的過濾，分別用到生活的方方面面，從而實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用以及濾芯的合理使用。該水處理器的整體模型圖如圖1所示。

該分質(zhì)凈水系統(tǒng)采用離子交換技術(shù)，通過樹脂功能基團(tuán)中的Na+置換水中的Ca2+、Mg2+等，防止后續(xù)用水過程中，在熱水器、電水壺等加熱時(shí)產(chǎn)生水垢(CaCO3、MgCO3等)。并根據(jù)分質(zhì)凈水系統(tǒng)流量計(jì)設(shè)定的流量，樹脂罐達(dá)到設(shè)定流量時(shí)自動(dòng)完成閥門的開與關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)軟化、反洗、再生、補(bǔ)水、正洗等工藝過程，該過程全自動(dòng)智能化運(yùn)行。該水處理器水路原理圖如圖2所示。

軟化：市政供水以一定壓力、流速流經(jīng)本設(shè)備后，水中Ca2+、Mg2+等被附著在樹脂上，使樹脂罐中鈣鎂離子含量提高，此時(shí)需進(jìn)行加鹽置換，加鹽程序會(huì)自動(dòng)按加鹽比例(鹽水比1∶4)進(jìn)行噴淋，在一定時(shí)間內(nèi)完成置換工作，恢復(fù)樹脂功能。

圖1 整體模型圖

圖2 水路原理圖

反洗：離子交換樹脂飽和軟化失效后，再生之前需進(jìn)行反洗，其目的是沖洗去除樹脂表層截留、結(jié)聚的懸浮雜質(zhì)和一些破碎樹脂，同時(shí)利用反向水流使被壓緊的樹脂層松動(dòng)，利用樹脂顆粒與再生液進(jìn)行充分接觸，為離子交換樹脂再生提供良好條件。

再生：一定濃度的鹽溶液與水混合流經(jīng)整個(gè)樹脂層時(shí)，附著在樹脂層的Ca2+、Mg2+等被再生鹽溶液中的鈉離子置換，樹脂再生將失效，使其恢復(fù)原有的軟化能力。

補(bǔ)水：向鹽箱中補(bǔ)充溶解鹽塊，生成飽和鹽溶液供下一次再生使用。

正洗：清除樹脂層中殘留的再生廢液及置換下來的Ca2+、Mg2+等，正向水流清洗樹脂層，以達(dá)到最佳軟化效果。

2 凈化制取

2.1 制取洗用水

市政供水依次通過供水主管路、第一PP棉過濾器、壓力傳感器、洗用用水出口形成的管路不斷流出。其中，供水主管路上設(shè)置的第一PP棉過濾器能有效去除水質(zhì)中的泥沙、鐵銹、化學(xué)污染物質(zhì)，以避免傷害后續(xù)各管路、過濾器、電氣設(shè)備等。

2.2 制取飲用水

市政水依次通過供水主管路、第一PP棉過濾器、壓力傳感器、第三電磁閥、第一流量計(jì)、樹脂罐、第二單向閥、第二PP棉過濾器、超濾膜過濾器、電子閥開關(guān)或與電子閥開關(guān)并聯(lián)的增壓泵、飲用水出口形成的管路流出。第一流量計(jì)用于記錄經(jīng)過樹脂罐的水流量。第二PP棉過濾器可以避免樹脂罐和多介質(zhì)罐中的細(xì)小雜質(zhì)進(jìn)入超濾膜過濾器中，影響其過濾效率與使用壽命。

2.3 制取軟水

市政水依次通過供水主管路、第一PP棉過濾器、壓力傳感器、第三電磁閥、第一流量計(jì)、樹脂罐、第三單向閥、軟水用水出口形成的管路不斷流出。其中的樹脂罐能夠吸附市政水中的大量鈣鎂離子，使其中的鈣鹽和鎂鹽含量降到1.0～50mg/L達(dá)到軟化的程度，用于清洗日常衣物和洗浴。

2.4 制取純凈水

市政水依次通過供水主管路、第一PP棉過濾器、壓力傳感器、第三電磁閥、第一流量計(jì)、樹脂罐、第二單向閥、第二PP棉過濾器、超濾膜過濾器、活性炭過濾器、電子閥開關(guān)或與電子閥開關(guān)并聯(lián)的增壓泵、RO膜過濾器、第二流量計(jì)、凈水出口形成的管路流出。第二流量計(jì)用于記錄經(jīng)過超濾膜過濾器、活性炭過濾器、RO膜過濾器的水流量。RO膜能夠有效地去除市政水中鈣、鎂、細(xì)菌、有機(jī)物、無機(jī)物、金屬離子和放射性物質(zhì)等，對(duì)市政水凈化產(chǎn)生的水，能夠滿足用戶對(duì)純凈水的需求。

3 更換維修

3.1 樹脂的更換與維修

當(dāng)樹脂罐內(nèi)的水流量達(dá)到額定值時(shí)，樹脂吸附能力減弱，軟化水不達(dá)標(biāo)時(shí)，需要手動(dòng)更換樹脂。首先，第三電磁閥關(guān)閉，停止樹脂罐進(jìn)水，第四電磁閥打開，第一氣閥開啟，氣壓把樹脂罐內(nèi)的軟水依次通過第二單向閥、第四電磁閥、排污出口經(jīng)管路排出，此時(shí)樹脂罐內(nèi)只有樹脂沒有水。隨后打開樹脂罐的上端口進(jìn)行樹脂的更換或者維修。

3.2 超濾膜過濾器的更換與維修

當(dāng)經(jīng)過超濾膜過濾器內(nèi)的水流量達(dá)到額定值時(shí)，超濾膜的凈化效果明顯降低，此時(shí)就需要更換超濾膜或維修。首先第三電磁閥關(guān)閉停止超濾膜過濾器進(jìn)水，隨后第六電磁閥與第一氣閥打開，利用氣壓將多介質(zhì)罐內(nèi)的水順著第六電磁閥、排污出口經(jīng)管路排至清潔水箱，然后打開超濾膜過濾器上端口進(jìn)行更換濾料或者進(jìn)行維修。

3.3 RO膜過濾器的更換與維修

當(dāng)經(jīng)過RO膜過濾器內(nèi)的水流量達(dá)到額定值時(shí)，RO膜無法有效地對(duì)無機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)過濾，就需要更換RO膜或維修。首先第三電磁閥關(guān)閉，停止RO膜過濾器進(jìn)水，關(guān)閉第四、第五與第六電子閥，同時(shí)打開第一氣閥與第三單向閥，利用氣壓將RO膜過濾器的水順著第四單向閥、排污出口經(jīng)管路排出，此時(shí)RO膜過濾器中沒有水。隨后打開RO膜過濾器的上端口進(jìn)行RO膜的更換或者維修，以便恢復(fù)凈水機(jī)的正常工作狀態(tài)。

3.4 鹽罐的加鹽與維修

當(dāng)流量計(jì)測得鹽罐水流量到達(dá)額定值時(shí)，鹽罐內(nèi)的精制鹽則需要補(bǔ)充，這時(shí)顯示模塊將發(fā)出警報(bào)，提醒人們添加。首先第一電磁閥與第三電磁閥關(guān)閉、第四電磁閥與第一氣閥打開，氣壓將鹽罐內(nèi)的鹽水依次通過第一單向閥、樹脂罐、第二單向閥、第四電磁閥、排污出口形成的管路排到下水道，最后打開鹽罐的上端口，添加新的精制鹽即可。

4 結(jié)語

本設(shè)計(jì)打破傳統(tǒng)凈水模式，采用分質(zhì)凈水技術(shù)進(jìn)行分級(jí)用水，創(chuàng)新點(diǎn)科學(xué)先進(jìn)，符合人們高品質(zhì)生活追求，具有較高的可行性和長遠(yuǎn)的市場前景。